郎中令石建去世了，于是皇上征召李广接替石建作郎中令。

元朔六年，李广又调任为将军，跟随大将军卫青的军队从定襄郡出击匈奴。

各将领多有杀敌俘敌达到标准因功封侯的，而李广的部队没有功劳。

三年后，李广以郎中令的身份率领四千骑兵从右北平出发，博望侯张骞率领一万骑兵和李广同行，分两路走。

走了大约几百里，匈奴左贤王带领四万骑兵包围李广，李广的士兵都很恐惧，李广就派他的儿子李敢快马冲击敌人。

李敢独自带了几十名骑兵飞奔而去，直穿匈奴骑兵的包围圈，抄出敌军的左右两翼而回，报告李广说：「匈奴人容易对付。」士兵才安定下来。

李广布成圆形阵势，面向着四外，匈奴猛攻他们，箭下如雨。

汉兵死亡的超过一半，汉军的箭也快用完了。李广便命令士兵把弓拉开，不要放箭，李广亲自用大黄弩弓射敌人的副将，射死了几个，匈奴人渐渐松懈。

恰巧天色黑了下来，军官士兵都面无人色，可是李广的神气同平常一样，更加精神振奋地()指挥军队。军中士兵很佩服他的勇气。

第二天，继续奋力战斗，张骞的军队也到了，匈奴军队才解围而去。汉军疲乏了，不能去追击。

这时李广几乎全军覆没，只好收兵回去。

按汉朝的法律，张骞耽误了预定的日期，当处死刑，出钱赎罪，降为平民。李广的军功和罪责相当，没有封赏。

李广曾和星象家王朔私下闲谈说：「自汉朝攻匈奴以来，我没一次不参加，可各部队校尉以下军官，才能还不如中等人，然因攻打匈奴有军功几十人被封侯。我不比别人差，但没有一点功劳用来得到封地，这是什么原因，难道是我的骨相不该封侯吗？还是本命如此呢？」

王朔说：「将军回想一下，曾有过悔恨的事吗？」

李广说：「我任陇西太守时，羌人反叛，我诱骗他们投降有八百多人，我用欺诈手段一天把他们杀光了。直到今天我最大的悔恨只有这件事。」

王朔说：「能使人受祸的事，没有比杀死已投降的人更大的了，这也就是将军不能封侯的原因。」

李广历任七个郡的太守，前后四十多年，得到赏赐立即分给部下，饮食与士兵一起。家裹没有多余财物，一生不谈购买产业的事。

李广身材高大，长臂，具有善射箭的天赋，就是子孙和其他人向他学习射箭，也都赶不上他。

李广寡言，不与人多说话，和别人在一起住，就在地上画作战阵图，射箭比射的面宽窄，输了罚酒喝。专门以射箭作游戏。

带兵行军，遇到断粮缺水时，见了水，士兵不全喝到水，他不近水边，士兵不全吃上饭，他不尝一口饭。

对待士兵宽厚不苛，士兵因此喜欢替他办事效力。

他射箭，看见敌人，不到几十步之内，估计射不中就不射，一射就要应弦倒地。

因此，他带兵作战，多次被敌人围困，连射猛兽，也几次被伤害过。

公元前119年（元狩四年），汉武帝发动漠北之战，由卫青、霍去病各率五万骑兵由定襄、代郡出击跨大漠远征匈奴本部，李广几次请求随行，汉武帝起初以他年老没有答应，后来经不起李广请求，同意他出任前将军。

汉军出塞后，卫青捉到匈奴兵，知道了单于驻地，就自带精兵追逐单于，而命令李广和右将军队伍合并，从东路出击。东路迂回绕远，而且缺乏水草，势必不能并队行进。

李广就请求说：「我的职务是前将军，大将军却命令我从东路出兵，况且我从少年时就与匈奴作战，至今才得到与匈奴对阵的一次机会，我愿做前锋，先与单于决战。」

卫青曾暗中受到汉武帝警告，认为李广年老，命运不好，不让他与单于对阵，恐不能实现俘获单于的愿望。

当时公孙敖刚刚丢掉了侯爵任中将军，随卫青出征，卫青也想让公孙敖跟自己一起与单于对敌，故意把李广调开。

李广也知道内情，所以坚决要求卫青改调令，卫青不答应，命令长史写文书发到李广的幕府，对他说：「赶快到右将军部队中去，照文书上写的办。」

李广不向卫青告辞就启程了，心中非常恼怒地前往军部，领兵与赵食其合兵后从东路出发。

军队没有向导，有时迷路，结果落在卫青之后，卫青与单于交战，单于逃跑，卫青没能活捉单于只好收兵。

卫青南行渡过沙漠，才遇到李广与赵食其的军队。李广谒见大将军后回自己军中。

卫青派长史送给李广干粮和酒，顺便向李广、赵食其询问迷路情况，卫青要给汉武帝上书报告军情。李广没有回答。

卫青派长史急令李广幕府人员前去受审对质。李广说：「校尉们无罪，是我迷()失道路，我现亲自到大将军幕府去受审对质。」

到大将军幕府，李广对他的部下说：「我从少年起与匈奴作战七十多次，如今有幸随大将军出征同单于军队交战，可是大将军又调我的部队走迂回绕远的路，偏偏迷路，难道不是天意吗？况且我已六十多岁，毕竟不能再受那些刀笔吏的污辱。」于是就拔刀自刎了。

李广军中将士都为之痛哭。百姓听到这个消息，不论认识李广否，不论老少都为之落泪。

李广死时，他长子李当户、次子李椒都已经过世，仅留下幼子李敢。

李敢当时是霍去病的部下，因立有战功被封为关内侯，听说父亲死讯，认为是卫青任意调离李广，因此打伤卫青。

卫青隐藏了李敢的打人不法行为，但卫青的外甥霍去病却不能接受部属殴打自己舅舅，后来在甘泉宫狩猎时射杀了李敢。

李广的孙子李陵，爱士卒。天子以为李氏世将，李广墓而使将八百骑。

尝深入匈奴二千余里，过居延视地形，无所见虏而还。

拜为骑都尉，将丹阳楚人五千人，教射酒泉、张掖以屯卫胡。

数岁，天汉二年秋，贰师将军李广利将三万骑击匈奴右贤王于祁连天山，而使李陵将其射士步兵五千人出居延北可千余里，欲以分匈奴兵，毋令专走贰师也。

李陵既至期还，而单于以兵八万围击李陵军。

李陵军五千人，兵矢既尽，士死者过半，而所杀伤匈奴亦万余人。

且引且战，连斗八日，还未到居延百余里，匈奴遮狭绝道，李陵食乏而救兵不到，虏急击招降陵。

陵曰：「无面目报陛下。」遂降匈奴。

其兵尽没，余亡散得归汉者四百余人。

单于既得李陵，素闻其家声，及战又壮，乃以其女妻陵而贵之。

汉闻，族陵母妻子。自是之后，李氏名败，而陇西之士居门下者皆用为耻焉。

后世唐朝皇帝李渊、李世民追认李广、李敢为先祖。